高中物理 第十五章 相对论简介 4 广义相对论简介名师导航学案 新人教版选修3-4-新人教版高二选修3-4物理学案VIP免费

4广义相对论简介名师导航知识梳理1.广义相对论认为在任何参考系中，物理规律都是________________.2.等效原理的基本内容为，一个均匀的__________场与一个做__________运动的参考系等价.3.广义相对论告诉我们，引力场的存在使得空间不同位置的____________出现差别，物质的____________使光线弯曲.4.引力场与____________的一切物理效应都是局域不可分辨的.知识导学广义相对论较难理解，能有初步认识就可以了，不必追求正确的理解和严格的逻辑关系，这点和前面几节不同.课本中都是理想实验，学到这里时可以想一想过去学过的理想实验，如有关牛顿第一定律的理想实验.课本中的图只是一个比喻，不是“空间弯曲”的示意图，这点要注意.疑难突破认识宇宙中的黑洞剖析：关于宇宙和我们人类所在的太阳系结构问题，是人类文化历史中最古老的课题之一.这些问题的科学研究，也就是天文学，推动了物理学的发展，并且对哲学也产生了巨大的影响.今天，天文学已成为物理学不可分割的组成部分，研究它的目的是为了认识宇宙以及构成它的所有宏观部分的形成和发展.这就需要把经验研究，即观测和实验，与理论研究结合起来，这样就使天文学必然与许多物理领域产生必不可少的联系，特别是与粒子物理.黑洞是一种非常神秘的天体，它的体积很小，但密度却大得惊人，每立方厘米就有几百亿吨甚至更高.由于它的密度大，所以引力也特别强大.不管什么东西，只要被它吸进去，就别想“爬”出来，连跑得最快的光也逃脱不掉黑洞的巨大引力.由于黑洞本身不发光，所以用任何强大的望远镜都看不见黑洞.尽管如此，大多数科学家仍相信，宇宙中有着许许多多黑洞.当大质量的恒星演化到晚年，经过超新星爆发，就有可能坍缩成黑洞.在宇宙早期，也会形成一些小黑洞.小黑洞的体积只有原子核那么大，质量和一座山差不多，达到上亿吨，里面蕴藏的能量相当于10个大型的发电站.典题精讲【例题】一米尺静止于S′系中，米尺与O′x′的轴夹角为60°.S′系相对于S系沿Ox轴正向的运动速度为0.8c,则在S系中观测到米尺的长度为（)A.60cmB.58cmC.30cmD.92cm思路解析：此类题型解法始终要知道S′与S系的关系，要明白在S′系中运动的物体在S系中怎么运动的.依题意知：x方向长度收缩：lx=212)8.0(1cc=0.3my方向长度不变ly=23m总长l=22yxll=0.917m.答案：D1绿色通道：对两对运动的惯性系，如在其中一惯性系中测量两事件在不同地点同时发生.惯性系运动,后方的事件先发生.变式训练：宇宙飞船相对于地面以速度v做匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号，经过Δt（飞船上的钟）时间后，被尾部的接收器收到.则由此可知飞船的固有长度为_______________.答案：cΔt问题探究问题：同样的杆，放在盘上的不同位置，它们随盘运动的速度就不一样.导思：相对论时间和长度测量和参考系（运动）有关，在不同的参考系中则有不同的实验现象和结果，因此学习本章节知识时要灵活应用参考系坐标变换，故应要有时间转变的观念，不要错误地认为长度是不变的.综合狭义相对论和牛顿的万有引力定律，将引力描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空，以取代传统对于引力是一种力的看法.因此，狭义相对论和万有引力定律，都只是广义相对论在特殊情况之下的特例.狭义相对论是在没有重力时的情况；而万有引力定律则是在距离近、引力小和速度慢时的情况.探究：根据狭义相对论，它们的长度也就不一样，越是靠近边缘，杆就越短.盘上的人也观察到了这种差别，不过他以圆盘为参考系，认为盘是静止的，同时他还认为盘上各点存在着指向圆盘边缘的引力，因此他得出结论：引力越低的位置，杆的长度越短.探究结论：杆的长度和引力场的分布有关，这个现象反映出这样的事实，即由于物质的存在，实际空间并不是均匀的，这和我们过去的观念有很大的差别.打个比方，一块布上面的格子是整齐的，如果用手向下压，格子就弯曲了.物理学借用了“弯曲”这个词，通常说，由于物质的存在，实际的空间是弯曲的.2